ADQUISICIÓN DE DATOS GEOMÁTICOS DESDE SATÉLITE

LA FORMACIÓN DE LA IMAGE MULTIESPECTRAL
La imagen es capturada a bordo del satélite mediante una serie de sensores fotoeléctricos que transforman los niveles de intensidad de radiancia (valor analógico), procedentes de la superficie terrestre, en valores numéricos (en formato binario) que se denominan niveles digitales (ND).

El valor del nivel digital correspondiente a un píxel será, de este modo, proporcional a la intensidad de radiancia procedente del terreno. Para ello se utilizan dispositivos de conversión analógico-digital.

Este procedimiento de formación de la imagen digital se repite para cada una de las bandas generándose como resultado final una matriz tridimensional en la que el valor del nivel digital de cada píxel está ubicado en una fila una columna y una banda.

De este modo se acuña el concepto de imagen multiespectral.

El número de bandas varía considerablemente de unos sensores a otros y se ajusta al propósito para el cual fueron concebidos. Así, a modo de ejemplo, el satélite SPOT cuenta con 4 bandas, el LANDSAT con 7 el NOAA con 5. Algunos sensores hacen del número de bandas su cualidad principal, contando con un número, que puede superar las 200. En este caso hablamos sensores hiperespectrales.

Formación de la imagen multiespectral.Tomado de Pinilla

RESOLUCIONES ES DE UN SENSOR
Mientras que en otros tipos de sistemas cartográficos estamos acostumbrados a relacionar de forma exclusiva resolución y precisión geométrica, en los sistemas sensores de Teledetección se habla de cinco resoluciones distintas que nos miden la capacidad de discriminar información referente a distintos parámetros, de suma importancia en los procesos de análisis de las imágenes.

Dichas resoluciones son: espacial, radiométrica, espectral, temporal y angular.

RESOLUCIÓN ESPACIAL
Bajo este concepto entendemos la capacidad del sistema para distinguir objetos en función de su tamaño. Dicho de otro modo, el tamaño del objeto más pequeño que puede ser distinguido e una imagen. Se hace referencia finalmente al tamaño del píxel sobre el terreno.

Consecuencias de la resolución espacial. Tomado dePinilla

En los sensores óptico-electrónicos situados sobre los satélites la resolución espacial depende de varios factores como son: la altura orbital, la velocidad de exploración o el número de detectores del sensor.

La resolución espacial juega un papel fundamental ya que condiciona la escala de trabajo y la fiabilidad de la interpretación en el contexto de un proyecto geomático. De modo que cuanto menor sea el tamaño del píxel menor será la posibilidad de que la información que contiene sea un compuesto de dos o más cubiertas fronterizas. En algunas aplicaciones, por el contrario, puede ser bueno contar con un tamaño de píxel más grande ya que con ello se reduce la variabilidad de categorías en la clasificación. Puede ser esto de especial interés para estudios de espacios en los que la variabilidad sea muy grande, como es el caso de las zonas urbanas.

La tabla siguiente recoge la resolución espacial de algunos sensores:

Vincular la resolución espacial al tamaño del pixel es habitual cuando se intercambia información en Teledetección. Sin embargo, desde un punto de vista estrictamente geométrico, la resolución de un sensor viene definida por el ángulo IFOV (instantaneous field of view). Dado que cada pixel es capturado con una inclinación diferente en relación con la vertical, se entiende que con un mismo IFOV el tamaño de pixel variará de unas zonas a otras, no siendo el tamaño de pixel un concepto riguroso para definir la resolución espacial de un sensor.

RESOLUCIÓN RADIOMÉTRICA

Indica la capacidad del sensor para discriminar niveles o intensidades de radiancia. La energía electromagnética recibida por el sensor, cuando se convierte a nivel digital, necesita un formato binario (número de bits) para codificarse.

A mayor número de bits reservados para almacenar el valor de la reflectividad de un píxel, mayor resolución radiométrica. De este modo el sensor TM de LANDSAT tiene una resolución radiométrica de 8 bits con lo que pueden registrarse valores numéricos decimales equivalentes, en un rango de 0 a 255, es decir 256 (28). Algunos sensores llegan a ofrecer hasta 10 o 12 bits.

RESOLUCIÓN ESPECTRAL

Indica el número y anchura de las bandas espectrales que puede discriminar el sensor. En este sentido, un sensor tendrá una resolución espectral mas grande cuanto mayor sea el número de bandas proporcione.

A la vez conviene que estas bandas sean suficientemente estrechas con objeto de recoger la señal sobre regiones coherentes del espectro. La utilización de bandas muy anchas supone codificar valores promediados en los que puede quedar encubierta la variabilidad espectral de cubiertas.

El siguiente gráfico deja bien aclarado este concepto.

Consecuencias de la resolución espectral. Tomada

de Pinilla

RESOLUCIÓN TEMPORAL

Especifica, el lapso de tiempo que transcurre entre dos pasos del satélite sobre la vertical de un mismo punto. Con ello se determina la periodicidad de adquisición de imágenes de una misma zona. De este modo podemos cuantificar la capacidad que tiene un sistema sensor para registrar los cambios temporales acaecidos sobre una determinada cubierta, lo cual es de vital importancia a la hora de abordar estudios evolutivos (incendios, desertización, contaminación, eutrofización, usos del suelo, etc). La resolución temporal está condicionada por el tipo de órbita, el ángulo de barrido y la velocidad del satélite.

Resolución temporal

RESOLUCIÓ N ANGULAR

Es la capacidad de un sensor para observar la misma zona desde distintos ángulos. Esta propiedad de determinados sensores es muy interesante desde el punto de vista cartográfico ya que con ella se abren posibilidades de estereoscopia para las imágenes satelitales y por tanto de extracción del información del relieve.

Resolución angular.

En un análisis conjunto de las diferentes resoluciones de los satélites llegaríamos a la conclusión de que un satélite no es mejor ni peor que otro debido a su resolución. Cada misión espacial ha concebido unos sensores adaptados a unos determinados usos y eso es lo importante.

PRINCIPALES PROGRAMAS DE OBSERVACIÓN REMOTA DE

LA TIERRA.

Son muchas las misiones de observación de la Tierra que han sido desarrolladas desde finales de los años sesenta. Hacer un recorrido exhaustivo por todas y cada una de ellas es un objetivo que queda fuera del propósito de este tema.

Plantear un recorrido coherente por cada uno de los programas espaciales implicaría establecer una clasificación de los mismos en función de algunos de los variados criterios disponibles.

Así podríamos diferenciar los programas atendiendo al propósito para que fueron concebidos: estudios atmosféricos (satélites meteorológicos), ambientales (LANDSAT, SPOT…), oceanográficos (SEASAT, OKEAN), geológicos, etc. Si bien algunos satélites cuentan con un número grande de sensores de modo que sirven simultáneamente para múltiples propósitos (ENVISAT).

Otro criterio válido y de índole cartográfico nos permitiría diferenciar los satélites en función de su resolución espacial y por ende de la escala a la que pueden plasmarse los resultados de la manipulación de sus imágenes. En este sentido existen programas de observación global de la Tierra como los meteorológicos (METEOSAT, GOES, GOMS, INSAT) en los que los fenómenos a estudiar se desenvuelven en un ámbito planetario. En el extremo opuesto tendríamos que hablar de los modernos satélites de alta resolución con tamaño de píxel por debajo del metro y posibilidades de estudio de fenómenos como el desarrollo urbano, a escalas más grandes (IKONOS, QUICKBIRD, ORBVIEW).

Podemos también establecer una diferenciación basada en el tipo de orbita que nos llevaría a diferenciar entre dos tipos de satélites: geosíncronos o geoestacionarios y satélites heliosíncronos. Los primeros transitan por una órbita muy alejada de la Tierra (entorno a 36.000 Km.). Giran sobre la Tierra a la misma velocidad angular que ésta, lo que posibilita la observación invariable del mismo disco terrestre.

Los satélites heliosíncronos, por el contrario, orbitan más cerca de la superficie terrestre, estando sus alturas orbitales por debajo de los 1000 Km. Sus trayectorias, en la mayor parte de los casos polares (el plano orbital tiene una inclinación próxima a los 90º en relación con el plano ecuatorial), conjuntamente con el movimiento de rotación terrestre, provocan un barrido sistemático de la Tierra. Estas órbitas se definen de modo que pasen por la vertical de un punto siempre a la misma hora solar, de ahí su denominación.

La instrumentación a bordo del satélite podría ser otro argumento en el que sustanciar diferentes tipos de plataformas: sensores de barrido, de empuje, instrumentación microondas activa, radar de apertura sintética, lídar, sensores hiperespectrales, cámaras CCD….

El ámbito de las aplicaciones, civiles o militares (clasificadas) serviría también como criterio de clasificación.

Puestas de manifiesto las múltiples opciones disponibles a la hora de desarrollar una clasificación rigurosa de las plataformas espaciales, tan sólo nos detendremos en la descripción de las características de algunas de las misiones más importantes desde el punto de vista de las Ciencias de la Tierra.

Trazas de la órbita del satélite Landsat

El programa estadounidense LANDSAT, cuyo primer satélite se pone en órbita en 1972, dadas las buenas características de sus sensores, la continuidad hasta nuestros días, y su acertada política de distribución constituye una de las fuentes más importantes de imágenes espaciales para el estudio de los recursos terrestres. Actualmente se encuentran operativos los Landsat 5 y 7 proporcionando este último gracias al sensor ETM+ una resolución de 15 metros en modo pancromático y una resolución espectral de 8 bandas.

Desde mediados de los años 80, liderados por Francia, un grupo de países europeos ponen en marcha el programa SPOT del cual se han lanzado a fecha de hoy 5 satélites con resoluciones espaciales, que en el caso del último, lanzado a principios de 2002 han alcanzado valores de 2.5 metros en modo pancromático. La característica diferenciadora de estos satélites es la posibilidad de variar el ángulo de toma y por tanto la viabilidad de reconstrucciones estereoscópicas del terreno a partir de las que puede modelizarse digitalmente (formación de MDT).

La India ha desarrollado una política muy activa de observación de la Tierra desde los años 60. El fruto más representativo de estos programas es la serie de satélites IRS cuyas imágenes se comercializan a nivel mundial alcanzando muy buena resolución espacial, del orden de 5.8 metros.

Dentro de los satélites meteorológicos y con propósitos de estudios a escalas regional e incluso continental cabe destacar por su continuidad desde los años 70, su alta resolución temporal (una imagen cada doce horas) el programa NOAA del que se llevan lanzados 15 satélites. El sensor más utilizado en aplicaciones terrestres es el AVHRR que cuenta con una resolución espacial de 1.1 Km. en el nadir observando cinco bandas del espectro. Cabe destacar la distribución libre de estas imágenes y los problemas geométricos y radiométricos que se derivan del ángulo de apertura.

Estereoscopia con el satélite Spot

En el ámbito de la Agencia Espacial Europea (ESA) se desarrolla un programa de lanzamiento de satélites de teledetección que comienza con la puesta en órbita del ERS 1 en 1991, continuando en 1995 con el ERS 2 dotados de sensores radar e infrarrojo térmico. En marzo de 2002 se ha lanzado al espacio el satélite ENVISAT en el marco de un proyecto multidisciplinar muy ambicioso para el cual dicho satélite cuenta con una gran variedad de sensores a bordo.

Mención aparte merecen los satélites de última generación denominados de alta resolución, que han sido puestos en órbita gracias, no ya a administraciones públicas, sino a agencias comerciales esencialmente estadounidenses, que trabajando con resoluciones espaciales ya submétricas amplían el rango de escalas y por lo tanto de estudios abordables desde la Teledetección espacial.

Para terminar mencionar la existencia de programas fructíferos desarrollados por países como Canadá (RADARSAT) Japón (MOS, JERS) Rusia (RESURS, METEOR, OKEAN, GOMS, ALMAZ), Brasil China (CBRS) o Argentina (SAC-C).